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内容摘要：组成物质的最小微粒是正电子和负电子，正电子和负电子通过磁引力和电斥力分别结合成正电子串和负电子串，正电子串和负电子串又通过电引力和磁斥力结合成粒子，由一个正电子串和一个负电子串构成的是轻子，由许多正电子串和负电子串连成环形构成的是强子，此结构不仅有理论和实验的支持，而且用此结构推出的粒子性质与事实完全相符。 关键词：粒子、电子、电磁力、正电子串、负电子串、轻子、强子。 人们一般都认为：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由电子、质子、中子等基本粒子组成的，而基本粒子则是由比基本粒子更基本的亚粒子组成的。亚粒子也就是人们常说的“夸克”或 “层子”。 分子、原子和基本粒子，人们不仅通过实验找到了，而且巳经在实际应用。而夸克（或层子）自从60年代科学家们提出这一设想后，全世界的物理学家花费了巨大的财力、物力和人力，设计出了多种夸克模型，建造高能电子对撞机。虽然一些实验现象“证实”夸克（或层子）的存在，然而单个的夸克（或层子）至今未找到，人们始终不识庐山真面目。对此，粒子学家们的解释是：因为夸克（层子）是极不稳定的、”寿命极短的粒子，它只能在束缚态内稳定存在，而不能单个存在。 1996年 2月26日，《光明日报》发表了天津大学崔君达教授的文章《夸克存在吗》，向“夸克说”提出了质疑。崔说，早在 1979年3月，他在全国第一次数学物理讨论会上，对 SU3（夸克模型）中的“3”，提出了一个全新的理论，即复合时旧论。按照这个理论，夸克模型中的夸克，层子模型中的层子，以及 Higgs粒子都是不存在的！“人们不论上天入地去寻找，夸克总是杳无踪影 ”。 （ 参考文献1）。夸克是否存在，别的不说，就说它所带的电量还不足一个单位就让人难以置信，因为现在人们发现的最小的带电粒子是正、负电子，正、负电子各带一个单位的正电荷和负电荷，其它粒子所带的电量都是正、负电子电量的整倍数，何况夸克比正、负电子大，带电量怎么会比正、负电子小呢？ 有许多人怀疑夸克的存在， 夸克是什么东西：夸克这个概念，是由于最近２５年来发现了７百多种不同的亚原子粒子才产生出来的。确实，其中只有很少几种粒子能够维持到十亿分之一秒才发生衰变，但是，仅仅存在着这些粒子的事实本身，就够物理学家伤脑筋了。 为什么会有这么许多粒子，而且每一种粒子都与别种粒子不相同呢？ 事情会不会是这样：这些不同的粒子可能组成几个大家族，并且每个家族内的许多粒子可能按照非常有规律的方式彼此有些差异？要是这样的话，就只需要考虑到少数几个粒子家族的存在，而无需把每一种粒子一一分别考虑了。这时，在看来似乎杂乱无章的亚原子丛林里，就会建立起某种秩序来了。 盖尔曼在研究他那些粒子家族时想到，说不定所有各种不同的亚原子粒子会是由很少几种更为简单的粒子结合而成的。如果真是这样，那可就会把我们对宇宙的看法大大简化。在他看来，只要假定存在着三种不同的、具有特定性质的亚原子粒子，就可以按不同的方式把它们组合起来，得出已知的所有各种亚原子粒子。 由于要用三个这种假设的粒子结合起来，才能构成一个已知的粒子，盖尔曼就想起了作家乔伊斯的《芬尼根斯 ·韦克》中的一句话（作者为耍弄文学技巧，故意在这本书中玩文字游戏）： “三个夸克才顶得上一个马克。 ”因此，盖尔曼就把这些假设中的粒子命名为 “夸克 ”。 夸克的二个令人惊奇之处，就是它们应该带有非整数电荷。所有已知的电荷不外以下几种情况：或者等于电子的电荷（－１），或者等于质子的电荷（十１），再不然，就是正好等于这两种电荷的若干倍。但是，ｐ夸克的电荷只有＋２／３，ｎ夸克和 λ夸克的电荷只有－１／３。这样，一个质子将由一个ｎ夸克和两个ｐ夸克构成，一个中子则由两个ｎ夸克和一个ｐ夸克构成，余者依此类推。 但是，夸克是真的存在呢，还是仅仅是一种数学上的臆想？ 为了让你明白我的意思，请你考虑一张五角的钞票。一张五角的钞票可以看作等于１０个五分的硬币。但是，这仅仅是一道算式呢，还是你真的有可能把这张五角的钞票撕成十份，并且发现每一份都是一个实实在在的五分硬币？ 自从盖尔曼第一次提出存在夸克粒子以来，物理学家就一直千方百计想找到夸克存在的迹象，但却没有成功。１９６９年，澳大利亚有人报道说，已经在宇宙线碰撞所产生的粒子簇射中，找到了带非整数电荷的粒子的径迹。不过，它的证据看起来非常玄，所以，大多数物理学家对这个报道都持怀疑态度。 （ 参考文献2） 上面两段文字的引用，看出夸克是编出来的，没有任何证据可以证明它的存在，那么粒子到底是由什么构成的，要认识粒子的结构，首先必须认识粒子的组成与弱相互作用。不了解粒子的组成与弱相互作用去研究粒子的结构，那只能是胡乱猜想。 一、粒子的组成 夸克也许是根本不存在的，那么物质世界到底是怎样构成的。我们先看看现在人们发现的较为稳定的粒子，如下表（ 参考文献3 ）。
在考虑这些粒子时我们先弄清几个概念。 轻子：不直接参与强作用可直接参与电磁作用和弱作用的粒子。强子：直接参与强作用，也参与电磁作用和弱作用的粒子。 （ 参考文献4） 说道作用力，我们再认识一下四大作用力，如下表（ 参考文献5 ）。
从表一中看出，稳定的粒子共有五种，其中三种没有静质量，具有静质量的稳定粒子只有电子和质子。单独中子也是不稳定的，中子只有与质子结合后，存在于原子核中才是稳定的。 中子能够通过β衰变过程转变成质子，电子和反中微子，这以是众所周知的事了。 （ 参考文献6 ）。质子失去正电荷就不再是质子，但质量仍然不变，这样的粒子当然是中子 （ 参考文献7 ），其它不稳定的粒子在衰变后大都会剩下一个正电子或一个负电子，这些现象表明，粒子中一定含有正电子和负电子，粒子的衰变其实是粒子内部正、负电子的湮灭，由此看出，正、负电子才是构成物质的最小微粒。那我们试着作这样一个假设，正、负电子构成轻子，轻子构成强子，强子中的质子和中子构成原子核，原子核和电子构成原子，原子相互结合构成分子，分子和原子最后构成物质。如下面的示意图所示。 这样我们的物质世界就变得简单了，问题的关键是正、负电子能不能构成轻子，轻子能不能构成强子。
二、粒子的结构 正、负电子能不能构成粒子，我们试作这样一个假设：有一个正电子和一个负电子，它们以磁极相同的方式相互靠近，如图１，在某一位置时磁斥力正好可以抵消电引力，这时它们会不会有稳定的结合？不会，因为没有足够强的外磁场作用，两个磁体同极相遇磁体必然会发生旋转，磁斥力很快会变为磁引力，这时正、负电子在电引力和磁引力的共同作用下将无限靠近，最后发生湮灭。
我们再作这样一个假设：有一个正电子串和一个负电子串，它们也以磁极相同的方式相互靠近，如图２，在某一位置时磁斥力正好可以抵消电引力，这时它们会不会稳定地结合在一起？不会，原因和上面是相同的，不过此时磁体的旋转速度要比上面的情况慢得多，因为较长的磁体在旋转时磁极之间的距离必然会变远，磁斥力减小，两磁体又因带电不同，静电引力会阻止磁体旋转，所以这样形成的粒子就会稳定一些，但是最终还是免不了磁体的旋转和粒子的衰变。
正、负电子串形成的粒子较为稳定，可是正、负电子串能否存在，让我们具体分析一下。 如图３是一个正电子串和一个正电子以磁极相反的形式“头对头”相互靠近，并且在相距较远时电斥力大于磁引力。由于电斥力和磁引力都随距离的变化而变化，距离越远电斥力和磁引力越小，距离越近电斥力和磁引力越大，又因电荷之间的距离和磁体之间的距离是不同的，电荷之间的距离是指两电荷中心之间的距离，如图３中的 r1，而磁体之间的距离是指两磁体磁极之间的距离，如图３中的 r2，当它们靠近时， r2减小的程度会比 r1快，所以磁引力增加的速度就比电斥力增加的速度快，即它们在靠近时总会出现磁引力大于电斥力的情况，即正电子串是完全可以靠磁引力将正电子吸引，也就是说正电子串是绝不会因电斥力的作用使其内部分裂，负电子串也是如此，由此说明，只要在物质生成时生成的就是正电子串和负电子串，正电子串和负电子串就完全可以稳定地存在。
从上面的论述看出，只要开始生成的就是正电子串和负电子串，正、负电子串就可以非常稳定地存在，那么正、负电子串之间又会不会形成如图２那样既不会远离，也不会靠近的稳定结合呢？下面的实验可以说明这点。 取两块条形磁体，以磁极相同的方式相互靠近，如图４。
测量作用力与距离的关系，结果如下：
现在假设这两块磁体均匀地带有相同电量的异性电荷，并且在它们相距 10.5厘米时电引力与磁斥力正好相等，即都为 2180达因，那么根据电荷之间作用力的公式 F电 =K·q2/r2 得: K· q2=F电 ·r2=2180 达因×(10.5 厘米)2=240345 达因·厘米2 ， F电 =240345达因·厘米 2/r2 ，根据上表距离，算出对应的电引力。
将电引力减去磁斥力 (Ｆ合＝Ｆ电－Ｆ磁 )得：
将上表数字放入坐标１中。
从坐标１中看出，这两个电磁体在相互靠近时，开始由引力变为斥力，后又由斥力变为引力。很显然， 两个电磁体有两个平衡点，一个内平衡点，一个外平衡点，内平衡点是不稳定平衡，距离稍远离一点，因斥力的作用会使它们无限远离，距离稍靠近一点，引力又会将它们进一步拉近。外平衡点是稳定平衡，距离远离一点，引力会将它们拉近，距离靠近一点，斥力又会将它们推开。所以 从理论上讲，只要磁体不发生旋转，电性和磁性相当的长形电磁体就可以形成既不会远离也不会靠近的稳定结合，即图２那样的结合是可以存在的。 既然正、负电子串（带异性电荷的长形电磁体）以磁极相同的方式靠近时可以有稳定的结合，那么由一个正电子串和一个负电子串形成的粒子一定是轻子，如图２，因为当这样的粒子相遇时，它们不可能以“头对头”的方式结合，否则形成的整体太长，它们只能以“肩并肩”的形式结合，如图５，并且结合时只能以磁极相同，电性相反的方式结合，因为如果调整成磁极相反，就会很快出现磁极相反电性也相反的情况，使它们无限靠近，最后发生湮没，所以只有以磁极相同的形式靠近才会有短暂的存在。当它们以磁极相同电性相反的方式靠近时，它们的结合就是靠电引力减去磁斥后的那点剩余力结合的，也就是说它们之间发生的一定是弱相互作用，所以说由一个正电子串和一个负电子串构成的粒子一定是轻子。
那么弱相互作用就是电引力和磁斥力相当的电磁体，电引力减去磁斥力后的剩余力。即弱相互作用其实是电磁力。 轻子是由一个正电子串和一个负电子串构成的，按理说构成轻子的正、负电子串越长，磁体越不易旋转，轻子越稳定，那么是不是正、负电子串越长越好，如果只考虑磁体的旋转对粒子稳定性的影响那是对的，可是正、负电子串越长，它们的磁性越强，两极之间的磁引力必然越大，这又会导致其自身弯曲折断，如图 6。
因此正、负电子串也不宜过长，正、负电子串应有个合适的长度，这个长度一定是形成μ子的长度，因为现在发现的比正、负电子大的轻子只有μ子和τ子，并且μ子比τ子稳定得多，说明组成μ子的正、负电子串的长度比组成τ子的合理，因此长度最合适的正、负电子串就是组成μ子的正、负电子串，它们的质量就应该是μ子的一半，即正（负）电子串的质量 = ｍμ÷ 2=105.7÷2=52.85 MeV。一个电子的质量约为0.51 MeV ，那么最合理的电子串中电子的个数=52.85 ÷0.51 ≈104 个。 正、负电子串怎样连接才会使得形成的粒子更稳定，我们自然会想到把许多正、负电子串连成如图 7那样的环形，
这时每个正电子串就可以和两个负电子串（双键）相连，每个负电子串也可以和两个正电子串（双键）相连，这样形成的粒子自然比由一个正电子串和一个负电子串（单键）形成的粒子稳定。正、负电子串连成环形构成的粒子一定是强子，因为当这样两个粒子相遇时，它们一定是以如图 8那样磁极相反的形式结合，由于这种粒子中所有正、负电子的磁极都统一在了一个方向上，它们的磁性相当强，即它们之间的磁作用力是很强很强的，发生的自然是强相互作用，所以这些粒子一定是强子。
由此看出， 强相互作用就是具有很强磁场的粒子之间的磁相互作用。 即强相互作用其实也是电磁力。 既然强子的结构比轻子的结构合理，那么强子的稳定性就应比轻子大，可为什么大多数强子不如μ子稳定？这是因为形成μ子的正、负电子串的长度是最合理的，大多数强子中正、负电子串的长度不是太长就是太短，或形成的环大小不合适，所以没有μ子稳定，当强子中正、负电子串的长度和μ子的相近时，强子就比μ子稳定得多，这些粒子就是质子和中子以及它们的反粒子。中子的质量是 939.6MeV，从上面的计算我们知道，μ子中正、 负电子串的质量是52.85 MeV ，那么中子中正、负电子串的总数就应大约是939.6MeV ÷52.85MeV ≈18 ，由此可以推出，中子（包括质子以及它们的反粒子）是由正、负电子串连成十八元环构成的，即含有 9个正电子串和9 个负电子串。 上面是对轻子结构和强子结构的推测，是否正确，那就要看根据它们的结构推出应具有的性质是否与事实相符。 三、粒子的性质 1 、强子之间发生的是强相互作用 强子具有极强的磁性，因为在强子中，所有正、负电子的磁极都统一在了一个方向上，因此，不论强子是否带电，它们都具有极强的磁性，那么强子相遇后它们之间会产生很强的磁引力，如图 8。就拿质子来说，质子的质量是电子质量的 1836倍，估计一个质子所含的正、负电子总数大约是 2000个左右，这么多正、负电子的磁极都统一在了一个方向上必然会产生极强的磁场，而质子只带一个单位的正电荷，所以从理论上讲，在理想状态下，质子之间的磁相互作用应比电相互作用最大时大约可以大 2000倍，而实际人们估计的是强相互作用比电磁力大约只大 100倍，由此看出，用电磁力解释强相互作用是合理的。其它强子也与此类似，所以强子之间产生的是强相互作用，正是这个原因的存在，强相互作用与电荷无关。 2 、强子内部的作用力和强子的稳定性 强子内部发生的是弱相互作用，因为强子是由正、负电子串以磁极相同的形式连成环形构成的，正、负电子串之间的作用力是电引力减去磁斥力后的剩余力，它自然比电磁力小得多，所以强子内部发生的是弱相互作用。由于强子内部发生的是弱相互作用，更主要的原因是构成强子的正、负电子串的磁极是相同的，磁斥力的存在使正、负电子串的磁极有转向的趋势，正、负电子串的磁极转向后，粒子就会发生衰变，所以强子的稳定性都较差，就连最稳定的质子和反质子也必须带电，一旦失去电荷就变成了不稳定的中子。 3 、轻子之间的作用力 轻子之间发生的是弱相互作用，因为轻子是由一个正电子串和一个负电子串构成，轻子在与其它粒子结合时不能以“头对头”的形式结合，只能以“肩并肩”的形式结合，即靠静电引力减去磁斥力后的剩余力结合，如果调节成电力和磁力都变为引力，那它们就会很快无限靠近，发生湮灭或衰变，所以轻子和轻子之间，轻子和其它粒子之间只能发生弱相互作用，这正是轻子的定义，当然是正确的。 4 、轻子的稳定性 轻子的稳定性比强子更差，因为轻子没有形成环形，同极磁体的靠近使磁体的旋转变成了必然结果，所以轻子就不可能有稳定的粒子。所以最稳定的 μ子的寿命也只有2.2 ×10-6 秒。 5 、强子的稳定性与电性的关系 带电强子比中性强子稳定，因为强子中正、负电子串的磁极是相同的，正、负电子串的磁极有旋转的趋向，当强子带电时，强子的自旋必然产生磁场，强子自旋产生的磁场与正、负电子串的磁极相互作用，阻止正、负电子串的旋转，所以带电强子比中性强子稳定，这就是质子比中子稳定的原因。从上表中可以看出这个规律。 由于中性强子中所有正、负电子串的长度是相等的，结构是个饱和结构，较为稳定，当强子带电时，某正电子串或负电子串不是变短就是变长，使得结构变成了不饱和结构，这个因素又会使强子变得不稳定，所以对有些强子，特别是那些质量较大（旋转较慢，自旋产生的磁场较弱）的强子来说就显示不出带电的优越性。 6 、强子的稳定性与外界磁场的关系 外界磁场可使强子的稳定性增大，因为强子中正、负电子串的磁极是相同的，正、负电子串的磁极有转向的趋势，当有很强的外界磁场存在时，外界磁场必然会阻止正、负电子串的旋转，使强子的稳定性大大增加，正是这个原因的存在，使得不稳定的自由中子在质子磁场的作用下就变成了稳定的粒子。 8 、粒子与反粒子 粒子与反粒子的组成和结构是没有任何区别的，它们唯一的区别就是旋转方向不同，如图９所示，假设这两个强子的组成和结构完全相同，并且它们的正、负电子串的Ｎ极都在上方，Ｓ极都在下方，它们的区别就是一个向左旋，另一个向右旋，很显然，左边那个强子如果带正电，右边那个强子带负电，这时它们自旋产生的磁极就与它们内部正、负电子串的磁极相反，这就都可以起到阻止内部正、负电子串旋转的作用，使得它们的稳定性相同，只是所带的电荷不同，这两个粒子就是粒子与反粒子的关系。
从上面粒子结构推测的粒子性质与事实相符，由此说明上面论述的粒子结构是正确的，并且用此结构还可推出准确的原子核结构，这更能说明上述结构的正确性，请看我的下一篇论文《原子核的结构》。 参考文献： 1 、彭哲愚 http://www.bjkp.gov.cn/kjqw/kjzm/k0220.htm 2 、Ｉ·阿西莫夫 著、暴永宁 陈养正 钟元昭 吴伯泽 译 http://www.tyut.edu.cn/wuli/zhu/kxjwj/axmf03.htm 3 、禇圣麟编 原子物理学 人民教育出版社1979年第371 页 4 、维客 http://www.wiki.cn/wiki/%E7%B2%92%E5%AD%90 5 、恽瑛 朱培豫 曹恕 编 近代物理学导论 高等教育出版社1991年第 303页 6 、侠名 http://www.tingh.com/lxzg_02/kxxf/200701/3656.html 7 、仕己 http://memo.bokee.com/113905.html
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杨发武 （yangfawu185@126.com） 上传2007.10
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